【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物加工成型装置，特别涉及一种利用超临界流体辅助聚合物进行模压发泡的成型装置。
技术介绍
1、聚合物发泡材料是一种轻质多孔的复合材料，以其优异的绝热、缓冲和吸音性能而被广泛应用于建筑、包装、运输和消费品等领域。特别地，当聚合物发泡材料中泡孔的直径小于100微米时，就形成了聚合物微孔泡沫材料。这种材料在保持机械性能的同时，显著减轻了聚合物制品的重量。因此，可以使用聚合物微孔泡沫制品替代实心聚合物制品，实现节约材料、降低能耗和成本的目标。
2、目前，聚合物微孔发泡材料多采用超临界流体(如超临界二氧化碳、氮气等)发泡技术进行制备，包括挤出发泡、注塑发泡、釜压发泡、模压发泡等。不同的发泡技术各具特点，其中超临界流体辅助聚合物模压发泡技术因具有绿色环保、产品质量可控等优势，市场需求旺盛。
3、在超临界流体辅助聚合物模压发泡过程中，如何将发泡模具快速加热至聚合物材料的发泡温度至关重要，直接关系到模压发泡的生产效率。中国专利cn 203282653u公开了一种超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，包括超临界流体输送系统、模具系统、温度测量装置、压力测量装置、压力释放装置、显示和控制系统等。其中，发泡模具利用模压机的上、下热板进行加热。中国专利cn 208664228u公开了一种超临界流体模压发泡装置，包括温度控制装置和发泡模具，通过在模具中安装加热棒来对发泡模具进行加热。此外，中国专利cn216182148u公开了一种超临界模压发泡设备，包括底座、顶座、设于底座和顶座之间的立柱、上模具、下模具；所述上模具和
4、可见，目前常用的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置主要通过设置在发泡模具外表面的加热板或通过在发泡模具的基体中嵌入电加热棒或钻设加热流体的输运管路等来对模具进行加热。然而，上述方式均是对发泡模具的整体进行加热，存在加热效率低、热量损失大等问题，进而导致模压发泡的周期过长，严重影响了模压发泡制品的生产效率。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种加热和冷却效率更高的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，包括设有模腔的模压模具、供应冷却水的模具冷却系统、快速排出冷却水的模具排水系统、向模腔注入超临界流体的超临界流体发生与供应系统、将模腔中的高压气体进行快速释放的模具泄压系统；还包括通入高频交流电以对模压模具进行电磁加热的电磁感应线圈；模压模具内设有容纳冷却水的模具冷却管道，模具冷却管道的形状与电磁感应线圈的形状相应，电磁感应线圈设置在模具冷却管道内，且电磁感应线圈和模具冷却管道的内壁之间留有环形间隙。
4、作为一种优选，模具冷却管道为波浪形，包括多段相互平行设置的直管段以及将相邻直管段连接的弯管段；电磁感应线圈为波浪形，包括多段相互平行设置的直线段以及将相邻直线段连接的u形段。采用这种结构后，模具冷却管道和电磁感应线圈可布置得更为密集，提高冷却效率和加热效率。
5、作为一种优选，模具冷却管道的横截面为圆形、矩形、u形或椭圆形；电磁感应线圈和模具冷却管道的内壁之间距离为1～5mm。
6、作为一种优选，模腔的数量为一个或多个；在模腔深度方向的投影，模具冷却管道覆盖所有模腔；模压模具内设有至少一个监测模腔温度的温度传感器。采用这种结构后，实际生产过程中，可根据模压发泡制品的尺寸大小和成型需求，将模具型腔的个数设置为1个或多个(即一模多腔)。
7、作为一种优选，模压模具包括型腔半模和型芯半模；模压模具闭合后，型腔半模和型芯半模的正面围成模腔；型腔半模和型芯半模的分型面上设置有密封垫片。采用这种结构后，密封垫片能有效防止发泡过程中模具型腔内的高压超临界状态的流体从分型面上发生泄漏。优选地，密封垫片的材质可选用耐高温、高压的氟橡胶。
8、作为一种优选，型腔半模包括通过螺钉依次连接的型腔安装板、型腔保持板和型腔板；型芯半模包括通过螺钉依次连接的型芯安装板、型芯保持板和型芯板；型腔保持板和型腔板之间、型芯保持板和型芯板之间均开设模具冷却管道；型腔保持板和型腔板之间、型芯保持板和型芯板之间均设置防止冷却水泄露的密封圈。
9、作为一种优选，型腔板和型芯板由高磁导率的金属材料制成；型腔保持板和型芯保持板由非磁性金属或非金属材料制成。采用这种结构后，可使得电磁感应线圈在通高频交流电时仅会对型腔板和型芯板进行加热，而不会加热型腔保持板和型芯保持板，从而大幅度地减少热量损耗、提高能量利用率。
10、作为一种优选，型腔板和型芯板中均开设有若干条输送超临界流体的主管道，每条主管道连接多条分支管道，分支管道的末端设有多孔金属塞；多孔金属塞安装在模腔表面的安装孔中，多孔金属塞的端面与模腔表面平齐；超临界流体发生与供应系统和模具泄压系统均与主管道连通。采用这种结构后，有助于超临界流体从多个位置同时注入到模具型腔中，使得超临界流体能快速地扩散并溶解至模具型腔中的聚合物材料内以达到饱和状态，从而有效缩短模压发泡的周期。
11、作为一种优选，模具冷却系统包括依次连接的冷却水塔、增压水泵、进水电磁阀；模具排水系统包括依次连接的空气压缩机、气阀、单向阀；进水电磁阀、单向阀均接入模具冷却管道。
12、作为一种优选，超临界流体发生与供应系统包括依次连接的气体存储罐、进气电磁阀、高压计量泵、单向电磁阀；模具泄压系统包括依次连接的排气电磁阀、程控减压阀、消音器、泄压喷嘴；单向电磁阀、排气电磁阀均通过高压气管与模压模具中的用于超临界流体输送的主管道连接；高压气管设有实时测量和显示模腔中高压气体压力的压力表。采用这种结构后，在模具泄压系统中采用程控减压阀能控制模腔中的高压气体按设定的降压速率(如25mpa/s，50mpa/s等)进行泄压，这有助于对聚合物模压发泡制品的泡孔结构和泡孔尺寸进行有目的性地调控，从而有效控制制品的质量。
13、本专利技术的原理是：
14、在模压模具的结构设计上，通过在电磁感应线圈与模具冷却管道内壁之间设置环形间隙，不仅可确保模压模具在加热过程中负载高频电流的电磁感应线圈与金属制的模压模具基体之间始终维持电绝缘状态，而且当往电磁感应线圈中通入高频交流电时会在环形间隙内产生交变的电磁场，从而在模具冷却管道的壁面感应出高密度的涡流进而产生大量的焦耳热，其作为模压模具的加热热源可将模腔快速加热至预定的高温(如聚合物材料的发泡温度)，具有较高的加热效率。此外，将电磁感应线圈布置在冷却水道内，大幅度地提高模压模具的冷却效率，进一步缩短模压发泡的成型周期，提高模压发泡制品的生产效率，一方面，通过往环形间隙中泵入冷却水即可对热源进行快速地冷却，另一方面，环形间隙作为模具冷却介质的流通管道，其具有更小的截面积，在冷却介质质量流率相同的前提下，环形间隙中的冷却介质的流速更高，换热能力也更强。...
【技术保护点】
1.超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，包括设有模腔的模压模具、供应冷却水的模具冷却系统、快速排出冷却水的模具排水系统、向模腔注入超临界流体的超临界流体发生与供应系统、将模腔中的高压气体进行快速释放的模具泄压系统，其特征在于：还包括通入高频交流电以对模压模具进行电磁加热的电磁感应线圈；模压模具内设有容纳冷却水的模具冷却管道，模具冷却管道的形状与电磁感应线圈的形状相应，电磁感应线圈设置在模具冷却管道内，且电磁感应线圈和模具冷却管道的内壁之间留有环形间隙。
2.按照权利要求1所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模具冷却管道为波浪形，包括多段相互平行设置的直管段以及将相邻直管段连接的弯管段；电磁感应线圈为波浪形，包括多段相互平行设置的直线段以及将相邻直线段连接的U形段。
3.按照权利要求2所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模具冷却管道的横截面为圆形、矩形、U形或椭圆形；电磁感应线圈和模具冷却管道的内壁之间距离为1～5mm。
4.按照权利要求2所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模腔的数量为一个或多个；在
5.按照权利要求1所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模压模具包括型腔半模和型芯半模；模压模具闭合后，型腔半模和型芯半模的正面围成模腔；型腔半模和型芯半模的分型面上设置有密封垫片。
6.按照权利要求5所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：型腔半模包括通过螺钉依次连接的型腔安装板、型腔保持板和型腔板；型芯半模包括通过螺钉依次连接的型芯安装板、型芯保持板和型芯板；型腔保持板和型腔板之间、型芯保持板和型芯板之间均开设模具冷却管道；型腔保持板和型腔板之间、型芯保持板和型芯板之间均设置防止冷却水泄露的密封圈。
7.按照权利要求6所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：型腔板和型芯板由高磁导率的金属材料制成；型腔保持板和型芯保持板由非磁性金属或非金属材料制成。
8.按照权利要求6所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：型腔板和型芯板中均开设有若干条输送超临界流体的主管道，每条主管道连接多条分支管道，分支管道的末端设有多孔金属塞；多孔金属塞安装在模腔表面的安装孔中，多孔金属塞的端面与模腔表面平齐；超临界流体发生与供应系统和模具泄压系统均与主管道连通。
9.按照权利要求1所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模具冷却系统包括依次连接的冷却水塔、增压水泵、进水电磁阀；模具排水系统包括依次连接的空气压缩机、气阀、单向阀；进水电磁阀、单向阀均接入模具冷却管道。
10.按照权利要求1所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：超临界流体发生与供应系统包括依次连接的气体存储罐、进气电磁阀、高压计量泵、单向电磁阀；模具泄压系统包括依次连接的排气电磁阀、程控减压阀、消音器、泄压喷嘴；单向电磁阀、排气电磁阀均通过高压气管与模压模具中的用于超临界流体输送的主管道连接；高压气管设有实时测量和显示模腔中高压气体压力的压力表。
...【技术特征摘要】
1.超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，包括设有模腔的模压模具、供应冷却水的模具冷却系统、快速排出冷却水的模具排水系统、向模腔注入超临界流体的超临界流体发生与供应系统、将模腔中的高压气体进行快速释放的模具泄压系统，其特征在于：还包括通入高频交流电以对模压模具进行电磁加热的电磁感应线圈；模压模具内设有容纳冷却水的模具冷却管道，模具冷却管道的形状与电磁感应线圈的形状相应，电磁感应线圈设置在模具冷却管道内，且电磁感应线圈和模具冷却管道的内壁之间留有环形间隙。
2.按照权利要求1所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模具冷却管道为波浪形，包括多段相互平行设置的直管段以及将相邻直管段连接的弯管段；电磁感应线圈为波浪形，包括多段相互平行设置的直线段以及将相邻直线段连接的u形段。
3.按照权利要求2所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模具冷却管道的横截面为圆形、矩形、u形或椭圆形；电磁感应线圈和模具冷却管道的内壁之间距离为1～5mm。
4.按照权利要求2所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模腔的数量为一个或多个；在模腔深度方向的投影，模具冷却管道覆盖所有模腔；模压模具内设有至少一个监测模腔温度的温度传感器。
5.按照权利要求1所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征在于：模压模具包括型腔半模和型芯半模；模压模具闭合后，型腔半模和型芯半模的正面围成模腔；型腔半模和型芯半模的分型面上设置有密封垫片。
6.按照权利要求5所述的超临界流体辅助聚合物模压发泡装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：宾家荃，宾家齐，
申请(专利权)人：张家界齐汇新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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